毫米波大规模MIMO系统中的低复杂度混合预编码创新策略

毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统因其高带宽和大容量的优势，在无线通信领域引起了广泛关注。然而，这类系统的预编码设计是一项挑战，尤其是在追求低复杂度的同时保持高性能。本文主要介绍了一种创新的低复杂度混合预编码方法，由重庆邮电大学通信与信息工程学院的研究者们提出，向建伟、于秀兰和景小荣共同贡献。 该方法的核心思路是通过以下几个步骤来实现： 1. 初始射频(RF)预编码矩阵构建：首先，研究人员利用奇异值分解(SVD)技术对系统数据进行处理，这是因为在MIMO系统中，SVD能有效地提取信号的特征并简化处理。通过对信号进行分解，得到初始的RF预编码矩阵，它在一定程度上反映了信号的空间特性。 2. 数字预编码矩阵设计：接着，通过最小二乘准则来设计数字预编码矩阵，这个步骤旨在进一步优化传输效率，减少误码率，提高系统的信噪比。数字预编码在混频器前端之后执行，可以独立于RF部分调整，增加系统的灵活性。 3. 残差矩阵优化：为了提升预编码矩阵的整体性能，残差矩阵（即原始信号经过初始预编码后的剩余部分）的最大左奇异矢量被选择，并将其添加到RF矩阵的最后一列。这种迭代更新的方式有助于减小误差并改善系统的性能。 4. 迭代过程：通过反复迭代上述步骤，直至RF预编码矩阵收敛到一个接近最优的状态。这种方法在减少计算复杂度方面表现出色，相比于基于正交匹配追踪(OMP)的混合预编码设计，其计算量显著降低。 5. 性能评估：实验结果显示，该低复杂度混合预编码方法在保持较低计算复杂度的同时，其性能明显优于基于OMP的混合预编码，特别是在数据流数相对较少的情况下，接近全数字预编码设计的最优效果。这表明该方法在实际应用中具有较高的实用价值。 这项工作对于推动毫米波大规模MIMO系统的实际部署，特别是在追求高效、低功耗的无线通信设备设计中，具有重要的理论和实践意义。它提供了一种有效的策略，平衡了预编码设计中的复杂度和性能需求，有望在未来无线通信技术的发展中发挥关键作用。